TUGAS AKHIR
EVALUASI KEKUATAN TEKAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA KELANGSINGAN TINGGI DENGAN PLAT BUHUL DAN VARIASI BAUT TUNGGAL MENGGUNAKAN METODE ANALISIS LANGSUNG
YANG TERVERIFIKASI PENGUJIAN LABORATORIUM TERHADAP HASIL ANALISIS MENGGUNAKAN METODE PANJANG EFEKTIF
(EVALUATION OF COMPRESSIVE STRENGTH VALUE OF HIGH SLABILITY STEEL ROOF FRAME STRUCTURE WITH SINGLE BOLTS
AND PLATE VARIATION USING DIRECT ANALYSIS METHOD VERIFIED BY LABORATORY EXPERIMENT TOWARDS ANALYSIS
RESULT USING EFFECTIVE LENGTH METHOD)
Diajukan Kepada Universitas Islam Indonesia Yogyakarta Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Derajat Sarjana Teknik Sipil
GANANG RAIS SARJUNA 16511177
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA
2023
ii
TUGAS AKHIR
EVALUASI KEKUATAN TEKAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA KELANGSINGAN TINGGI DENGAN PLAT BUHUL DAN VARIASI BAUT TUNGGAL MENGGUNAKAN METODE ANALISIS LANGSUNG
YANG TERVERIFIKASI PENGUJIAN LABORATORIUM TERHADAP HASIL ANALISIS MENGGUNAKAN METODE PANJANG EFEKTIF
(EVALUATION OF COMPRESSIVE STRENGTH VALUE OF HIGH SLABILITY STEEL ROOF FRAME STRUCTURE WITH SINGLE BOLTS
AND PLATE VARIATION USING DIRECT ANALYSIS METHOD VERIFIED BY LABORATORY EXPERIMENT TOWARDS ANALYSIS
RESULT USING EFFECTIVE LENGTH METHOD) Disusun oleh
Ganang Rais Sarjuna 16511177
Telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh derajat Sarjana Teknik sipil
Diuji pada tanggal 28 Februari 2023 Oleh Dewan Penguji
Pembimbing Penguji I Penguji II
Mengesahkan,
Ketua Program Studi Teknik Sipil
Ir. Yunalia Muntafi S.T, M.T., Ph.D.
NIK : 095110101 Malik Mushthofa, S.T.,
M.Eng.
Anggit Mas Arifudin, S.T., M.T.
Astriana Hardawati, S.T., M.Eng.
NIK : 185111302 NIK : 185111304 NIK : 165111301
iii
PERNYATAAN BEBAS PLAGIASI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Proposal Tugas Akhir yang saya susun sebagai syarat untuk menyelesaikan program Sarjana di Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Islam Indonesia merupakan hasil karya saya sendiri. Adapun bagian-bagian tertentu dalam penulisan Tugas Akhir yang saya kutip dari hasil karya orang lain telah dituliskan dalam sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan karya ilmiah. Apabila di kemudian hari ditemukan seluruh atau sebagian Proposal Tugas Akhir ini bukan hasil karya saya sendiri atau adanya plagiasi dalam bagian- bagian tertentu, saya bersedia menerima sanksi, termasuk pencabutan gelar akademik yang saya sandang sesuai dengan perundang-undangan yang berlaku.
Yogyakarta, 28 Februari 2023 Yang membuat pernyataan,
Ganang Rais Sarjuna (16511177)
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang sehingga berkat rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Evaluasi Struktur Rangka Atap Baja Kelangsingan Tinggi dengan Variasi Baut Tunggal dan Jamak Menggunakan Direct Analysis Method. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat akademik yang harus diselesaikan pada studi tingkat strata satu di Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Islam Indonesia.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini terdapat beberapa hambatan yang dihadapi penulis. Namun berkat saran, kritik, serta dorongan semangat dari berbagai pihak, Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Berkaitan dengan hal tersebut, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih sepenuh hati kepada:
1. Ibu Yunalia Muntafi, S.T., M.T., Ph.D.selaku kepala program studi Teknik Sipil UII.
2. Bapak Hariadi Yulianto, S.T., M.Eng. dan bapak Malik Mushthofa, S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberi banyak ilmu dengan saran, kritik, dan diskusi yang membangun selama penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Hari dan Mas Yahya selaku petugas di Laboratorium MR & Struktur yang telah membantu saya dalam menyiapkan kebutuhan saya semasa melakukan eksperimen di laboratorium.
4. Ibu yang selalu memberi dukungan baik doa dan dorongan semangat untuk penulis dalam menyusun Tugas Akhir ini.
5. Seluruh dosen, karyawan, dan asisten Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Islam Indonesia yang telah membarikan ilmu dan menyediakan fasilitas penunjang selama masa perkuliahan penulis.
6. Pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
v
Semoga Allah SWT memberikan kesehatan bagi kita semua serta melimpahkan berkah, rahmat dan karunianya bagi bapak, ibu, kerabat, saudara dan teman-teman yang telah membatu saya tanpa pamrih. Penulis sangat berterimakasih atas kebaikan-kebaikan yang telah telah diberikan semoga kebaikan yang diberikan dibalas oleh Allah SWT dan berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat dan membantu bagi diri penulis dan buat kepentingan lainnya.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir yang dibuat penulis jauh dari kata- kata sempurna dan disebabkan karena keterbatasan pengetahuan. Maka dari itu penulis mengharapjan saran dan kritik yang dapat membangun Tugas Akhir ini agar menjadi sempurna dan memberikan output bagi ilmu keteknik sipilan khususnya dan semua pihak pada umumnya.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb.
Yogyakarta, 28 Februari 2023 Penulis,
Ganang Rais Sarjuna (16511177)
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
TUGAS AKHIR ... i
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
ABSTRAK ... xii
ABSTRACT ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Batasan Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Penelitian Sebelumnya ... 5
2.2 Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya ... 9
BAB III LANDASAN TEORI ... 12
3.1 Struktur Atap ... 12
3.1.1 Rangka atap ... 12
3.2 Baja ... 13
3.2.1 Sifat mekanik baja ... 14
3.3 Batang Tekan ... 17
3.3.1 Kelangsingan ... 18
3.3.2 Keruntuhan akibat tegangan leleh terlampaui ... 20
3.3.3 Klasifikasi penampang dan tekuk ... 21
vii
3.4 Direct Analysis Method ... 26
3.4.1 Pengaruh cacat bawaan (Initial Imperfection) ... 28
3.4.2 Penyesuaian Kekakuan... 29
3.4.3 Kuat nominal penampang ... 30
3.5 Sambungan Rangka Baja ... 32
3.5.1 Kuat tumpu baut ... 33
3.5.2 Kuat geser baut ... 33
BAB IV METODE PENELITIAN ... 35
4.1 Gambaran Umum ... 35
4.2 Variabel Penelitian ... 35
4.3 Teknik Pengumpulan Data ... 36
4.4 Bahan-Bahan yang Digunakan ... 37
4.5 Peralatan Penelitian ... 38
4.6 Tahapan Penelitian ... 42
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 51
5.1 Uji Kuat Tarik Plat Baja ... 51
5.2 Uji Kuat Geser Baut ... 55
5.3 Hasil Uji Laboratorium Pengujian Kuat Tekan Rangka Atap ... 56
5.4 Analisis DAM Rangka Atap Berdasarkan Pengujian Laboratorium Yang Berhasil ... 62
5.5 Pembahasan ... 72
5.5.1 Pembahasan berdasarkan rumusan masalah 1... 72
5.5.2 Pembahasan berdasarkan rumusan masalah 2... 73
5.5.3 Pembahasan berdasarkan rumusan masalah 3... 73
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 75
6.1 Kesimpulan ... 75
6.2 Saran ... 76
DAFTAR PUSTAKA ... 77
LAMPIRAN ... 78
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3. 1 Komponen Penyusun Rangka Atap... 13
Gambar 3. 2 Diagram Hubungan Tegangan-Regangan Baja ... 15
Gambar 3. 3 Kurva Tegangan Tekan Aksial dengan Nilai KL/r... 20
Gambar 3. 4 Batang Tertekan ... 24
Gambar 3. 5 Pengaruh Orde ke-2 ... 28
Gambar 3. 6 Sambungan Baut ... 32
Gambar 4. 1 Baja Profil Hollow Square Section 15 x 30 x 1,6 mm……….37
Gambar 4. 2 Mur Baut Ø10 mm ... 37
Gambar 4. 3 Plat Baja Tebal 6 mm ... 38
Gambar 4. 4 Loading Frame ... 39
Gambar 4. 5 Hydraulic Jack ... 39
Gambar 4. 6 Strain Gauge ... 40
Gambar 4. 7 Dukungan Rol dan Sendi... 40
Gambar 4. 8 Load Cell ... 41
Gambar 4. 9 Linear Variable Differential Transformer ... 41
Gambar 4. 10 Sampel Uji Kuat Tarik Pelat Baja ... 44
Gambar 4. 11 Set Up Pengujian Kuat Geser Baut ... 45
Gambar 4. 12 Sampel Uji Rangka Atap Baut Tunggal ... 46
Gambar 4. 13 Set Up Pengujian Kuat Tekan Rangka Atap ... 47
Gambar 4. 14 Tampak Depan Set Up Pengujian Kuat Tekan Rangka Atap Baut Tunggal ... 47
Gambar 4. 15 Flowchart Penelitian ... 50
Gambar 5. 1 Sampel Uji Kuat Tarik Baja……….51
Gambar 5. 2 Grafik Tegangan-Regangan Sampel 1 ... 52
Gambar 5. 3 Grafik Tegangan-Regangan Sampel 2 ... 52
Gambar 5. 4 Offset 0,2% ... 53
Gambar 5. 5 Grafik Tegangan- Regangan Terkoreksi ... 54
Gambar 5. 6 Pengujian Kuat Geser Baut Sampel 1 ... 55
Gambar 5. 7 Pengujian Kuat Geser Baut Sampel 2 ... 56
Gambar 5. 8 Sampel Uji Rangka Atap ... 57
Gambar 5. 9 Grafik Hubungan P-Delta Rangka Atap Sampel 1... 57
Gambar 5. 10 Grafik Hubungan P-Delta Rangka Atap Sampel 2... 58
Gambar 5. 11 Set Up Pengujian Dengan Menggunakan Penahan ... 59
Gambar 5. 12 Kondisi Sampel Uji 1 Setelah Pengujian ... 60
Gambar 5. 13 Kondisi Sampel Uji 2 Sayap Kanan Setelah Pengujian ... 60
Gambar 5. 14 Kondisi Sampel Uji 2 Sayap Kiri Setelah Pengujian ... 61
Gambar 5. 15 Permodelan Struktur Rangka Atap Pada Software SAP 2000 ... 62
Gambar 5. 16 Data Properti Profil Hollow Square Section 30x15 mm ... 63
Gambar 5. 17 Peletakan Beban 1 kN Pada Permodelan ... 65
Gambar 5. 18 Gaya Aksial Yang Diperoleh Dari Software SAP 2000 ... 65
Gambar 5. 19 Peletakkan Beban Notional Permodelan SAP 2000 ... 66
Gambar 5. 20 Section Cut Pada Struktur Rangka Atap ... 68
ix
Gambar 5. 21 Hasil Permodelan Tekuk Pada SAP 2000 ... 69 Gambar 5. 22 Grafik P-M Rangka Atap Dengan Nilai (EI- = 0.8 x E x ) Pada SAP 2000 ... 69 Gambar 5. 23 Grafik Trial Step Permodelan Rangka Atap SAP 2000 ... 70 Gambar 5. 24 Permodelan Metode DAM Memperhitungkan Beban Notional Karena Cacat Bawaan ... 74 Gambar 5. 25 Permodelan Metode ELM Kondisi Pada Bidang 2 Dimensi
Sempurna... 74
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Rangkuman Penelitian-Penelitian Sebelumnya dan Perbandingannya
dengan Penelitian yang Akan Dilaksanakan ... 9
Tabel 3. 1 Klasifikasi Elemen Pada Batang Tekan Aksial………22
Tabel 5. 1 Rekapitulasi Hasil Pengujian Kuat Tarik Material Baja………...54
Tabel 5. 2 Rekapitulasi Pengujian Kuat Geser Baut ... 56
Tabel 5. 3 Rekapitulasi Pengujian Kuat Tekan Rangka Atap ... 61
Tabel 5. 4 Rekapitulasi Perhitungan Nilai SF ... 71
Tabel 5. 5 Rekapitulasi Permodelan Section Cut ... 72
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Jadwal Tugas Akhir ... 79
Lampiran 2 Proses Uji Tarik Plat Baja ... 79
Lampiran 3 Proses Uji Kuat Geser Baut ... 80
Lampiran 4 Proses Uji Kuat Tekan Rangka Atap Sampel 1 ... 80
Lampiran 5 Proses Uji Kuat Tekan Rangka Atap Sampel 2 ... 81
Lampiran 6 Surat Peminjaman Laboratorium ... 82
Lampiran 7 Hasil Pengujian Tekan Rangka Atap Sampel 1 ... 83
Lampiran 8 Hasil Pengujian Tekan Rangka Atap Sampel 2 ... 84
Lampiran 9 Kwitansi Pembayaran Peminjaman Laboratorium ... 85
xii
ABSTRAK
Terbitnya SNI terbaru yaitu SNI 1729:2020 yang di dalamnya tercantum metode analisis baru yang bernama Direct Analysis Method (DAM), menggantikan peran metode analisis sebelumnya pada SNI 1729:2002 yaitu metode Effective Length Method (ELM). Terdapat beberapa perbedaan pada metode DAM yang perlu memperhitungkan efek cacat bawaan dan pengaruh orde kedua terhadap analisisnya, berbeda dengan metode sebelumnya yang memperhitungkan nilai KL/r dengan nilai K = 1. Hal tersebut menjadi acuan dalam penelitian ini untuk menguji seberapa besar tingkat akurasi metode DAM terhadap hasil pengujian tekan rangka atap profil hollow square section 15x30x1,6 mm kelangsingan tinggi di laboratorium. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat akurasi dari metode DAM dan metode ELM terhadap hasil pengujian di laboratorium.
Penelitian ini menggunakan struktur rangka atap baja dengan plat sambung tunggal dan jumlah baut sambungan sebanyak 1 buah. Penelitian ini menghasilkan nilai error pada metode DAM sebesar 15,410% dan pada metode ELM sebesar 58,293%. Maka kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini bahwa metode DAM terbilang lebih akurat dalam memprediksi nilai kapasitas tekan rangka atap baja dengan kelangsingan tinggi dibandingkan metode ELM.
Kata kunci: Direct Analysis Method, Kapasitas Tekan, Rangka Atap
xiii
ABSTRACT
The publication of the latest SNI, named SNI 1729:2020, contains new analytical method called Direct Analysis Method (DAM), replacing the role of the previous analytical methode in SNI 1729:2020, named Effective Length Method(ELM).
There are several differences in DAM method which need to calculate the effects of birth defects and second-order effects on the analysis, different from the previous method which calculate the KL/r value with a value of K = 1. This became a reference in this study to check the accuracy of DAM method towards the compressive test results of hollow square section 15 x 30 x 1,6 mmhigh slender roof truss in laboratory. This study aims to find out the accuracy of DAM method and ELM method towards laboratory test results. This study used a steel roof truss structure with a single plate connection and 1 bolt connection. This study resulted an error value for the DAM method in the amount of 15,410 % and 58,293% for the ELM metjod. This research was conducted on a steel roof truss structure that uses a single connection plate with a total of 4 bolts. As a result, the error value for the DAM method is 5.01% and the ELM method is 1,584%. So, the conclusion from this study is the DAM method is somewhat more accurate in predicting the compressive capacity values of high slender steel roof truss rather than the ELM method.
Keywords: Compressive Capacity, Direct Analysis Method, Roof Truss
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring perkembangan zaman, perencanaan desain terhadap stabilitas struktur baja mengalami perubahan. Sebelumnya perencanaan desain ini dilakukan menggunakan metode panjang efektif berdasarkan SNI 1729-2002, namun saat ini sudah mulai menggunakan metode analisis langsung. Walaupun pada hakikatnya metode panjang efektif sudah tidak digunakan lagi dan diubah menggunakan AISC 2010, metode tersebut tetap masih bisa digunakan dalam perancangan bangunan gedung terutama apabila tidak tersedianya program computer yang kompatibel. (Wiryanto, 2014).
Dalam metode panjang efektif terdapat beberapa kekurangan, seperti pada kecepatan serta tingkat ketelitian analisanya terhadap sifat alami struktur yang terdapat di lapangan. Hal tersebut terjadi dikarenakan, dalam metode panjang efektif tidak disertakan faktor ketidaksempurnaan geometri serta nilai reduksi kekuatan pada saat proses analisis struktur terjadi. Maka pembaharuan kode desain tersebut menghasilkan keuntungan terhadap perencana, karena metode tersebut mampu menangani masalah keterbatasan analisis struktur elastik yang belum bisa mengakses nilai stabilitasnya.
Sebelumnya, perancangan gedung dengan struktur baja harus direncanakan sesuai dengan metode perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung yang terdapat pada SNI 1729:2002. Namun seiring dengan terbitnya SNI terbaru yaitu SNI 1729:2020, yang mengacu kepada aturan American Institute of Steel Contruction (AISC 2010), maka metode perencanaannya pun ikut berubah.
Sementara itu, pada SNI 1729:2020, memiliki metode perancangan terbaru berupa Direct Analysis Method (DAM) yang bisa digunakan dalam perancangan stabilitas struktur baja. Metode tersebut direkomendasikan untuk merancang stabilitas
2
struktur baja yang menmperhitungkan pengaruh efek orde kedua melalui bantuan dari perangkat lunak.
Menurut Sugawa, A. A. (2017) model struktur yang sebelumnya harus melewati pengklasifikasian menjadi dua kategori dengan nilai K yang berupa : Rangka tidak-bergoyang : 0.5 ≤ K ≤ 1.0 serta Rangka Bergoyang : 1.0 ≤ K ≤ ∞.
Dalam hal ini, parameter tersebut harus ditentukan oleh praktisi melalui analisa perilaku struktur selama pembebanan terjadi. Hal tersebut tentunya memiliki nilai ketelitian yang berdasarkan kepada engineering judgement dari tiap praktisi melalui penilaian deformasi struktur dalam kondisi tekuk guna menentukan nilai K, serta dalam keadaan model struktur yang terbilang besar serta kompleks tentu terdapat kendala waktu bagi tiap praktisi dalam melakukan perumusan dan perencanan. Sementara itu, ada metode manual yang lain dalam penentuan nilai K. Seperti di struktur portal yang biasanya menggunakan metode Alignement Chart. Namun, penggunaan Alignement Chart sebagai penentu nilai K saat ini sudah tidak relevan, hal tersebut dikarenakan tiap praktisi harus melakukan plotting garis secara manual ke dalam chart yang sudah tersedia sebelumnya.
Sementara pada metode perencanaan langsung terhadap batang tekan dinilai efisien, karena, penentuan nilai K cukup dengan K=1, namun efek P-delta dalam perilaku struktur tersebut harus diperhitungkan.
Dalam perencanaan ini peneliti akan melakukan perbandingan antara kedua metode tersebut terhadap sampel uji rangka atap baja hollow square section.
Perbandingan tersebut ditinjau dari nilai kuat tekan dan kuat tarik di setiap elemen.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang tersebut, maka rumusan masalah yang ada dalam penelitian ini berupa:
1. Bagaimanakah proses permodelan struktur rangka atap baja hollow square section menggunakan metode analisis langsung yang diverifikasi melalui pengujian di laboratorium?
2. Berapakah besaran nilai kuat tekan struktur rangka atap baja hollow square section yang dianalisis menggunakan metode analisis langsung yang diverifikasi melalui pengujian di laboratorium?
3. Berapakah perbandingan besaran nilai kuat tekan yang dianalisis menggunakan metode analisis langsung terhadap hasil uji laboratorium dan yang dianalisis menggunakan metode panjang efektif?
1.3 Tujuan Penelitian
Sementara tujuan dilakukannya penelitian ini berupa:
1. Mengetahui proses permodelan struktur rangka atap baja hollow square section menggunakan metode analisis langsung yang diverifikasi melalui pengujian di laboratorium.
2. Mengetahui besaran nilai kuat tekan struktur rangka atap baja hollow square section menggunakan metode analisis langsung yang diverifikasi melalui pengujian di laboratorium.
3. Mengetahui perbandingan besaran nilai kuat tekan yang dianalisis menggunakan metode analisis langsung terhadap hasil pengujian di laboratorium dan yang dianalisis menggunakan metode panjang efektif.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dihasilkan dari penelitian ini berupa mengetahui informasi mengenai perbedaan antara proses perencanaan menggunakan metode analisis langsung pada rangka atap baja ringan. Sementara acuan literatur bagi penelitian ini khususnya pada perencanaan stabilitas rangka atap baja ringan berdasarkan standar SNI 1729:2020.
1.5 Batasan Penelitian
Batasan penelitian diperlukan agar tujuan penelitian ini mampu dicapai oleh peneliti dan agar pembahasannya bisa tetap berada pada ruang lingkup
4
permasalahan dalam penelitian ini. Adapun batasan masalah dalam penelitian ini berupa:
1. Analisis struktur dengan bantuan software SAP2000 dan analisis
perhitungan secara manual menggunakan perangkat lunak microsoft excel.
2. Penelitian terhadap perbandingan dua metode tersebut dilakukan pada sampel uji struktur rangka atap baja hollow square section.
3. Pengujian yang dilakukan terhadap sampel uji berupa pengujian struktur rangka atap baja hollow square section.
4. Acuan perencanaan dan spesifikasi rangka atap baja ringan berdasarkan SNI 1729:2020.
5. Beban yang diberikan pada proses pengujian berdasarkan SNI 1729:2020.
6. Desain kekuatan berdasar kepada Desain Faktor Kekuatan dan Ketahanan (DFBK).
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Sebelumnya
Pada tahun 2012, Fayang Setiady dkk melakukan penelitian yang bertajuk
“Evaluasi Penggunaan Metode SNI-2002 dan Direct Analysis Method dengan Advanced Analysis dalam Analisis Efek Orde Kedua”. Penelitian tersebut dilakukan guna mencari hasil perbandingan antara nilai stress ratio dari ketiga metode tersebut. Selain itu penelitian ini juga dapat digunakan untuk mengetahui metode apa yang cocok digunakan untuk mendesain profil dan mengevaluasi desain profil pada struktur eksisting.
Penelitian tersebut diaplikasikan pada struktur regular dan juga struktur irregular. Dalam analisis menggunakan metode ELM, peneliti menggunakan nilai rasio kelangsingan atau K yang diperoleh dari alignment chart yang merupakan nilai perbandingan antara kekakuan komponen struktur dengan tekan dominan terhadap kekakuan komponen struktur yang relative bebas tekan dalam hal ini berupa GA dan GB. Sementara itu beban notional yang digunakan dalam metode Advance Analysis dan DAM merupakan hasil dari 0,002 kali nilai beban gravitasinya. Pada metode Advance Analysis menggunakan nilai modulus tangensial yang didapatkan dari Parabolic Function yang merupakan perbandingan nilai Et dibagi E terhadap niali P dibagi Py. Hipotesis yang diutarakan oleh peneliti adalah nilai stress ratio yang dihasilkan dari metode Advance Analysis akan lebih akurat dibanding dengan metode ELM dan juga DAM.
Dari penelitian tersebut didapatkan hasil berupa nilai stress ratio pada profil balok WF di tiap contoh kasus dengan konfigurasi yang berbeda antar ketiga metode tersebut memiliki perbedaan. Peneliti menyimpulkan bahwa metode analisis SNI-2002 dan metode DAM merupakan metode dengan fungsi desain, sementara metode Advance Analysis akan lebih cocok digunakan dalam investigasi pada kondisi struktur eksisting.
6
Kesimpulan dari penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Nilai stress ratio yang dihasilkan terhadap struktur regular, single-story, dan multi-story memiliki nilai yang identik dalam kondisi elastis.
2. Nilai stress ratio yang dihasilkan terhadap struktur irregular baik dalam kondisi ketidakberaturan vertikal dan horizontal memiliki nilai yang berbeda.
3. Nilai stress ratio balok terkecil terhadap struktur irregular didapatkan pada metode SNI-2002.
4. Nilai stress ratio kolom terbesar terhadap struktur irregular didapatkan pada metode SNI-2002 sementara nilai stress ratio terkecil dihasilkan oleh metode Advance Analysis.
5. Metode SNI-2002 dan metode DAM merupakan metode dengan fungsi desain, sementara metode Advance Analysis lebih cocok digunakan dalam investigasi kondisi struktur eksisting.
6. Metode SNI-2002 akan sangat berguna dalam kondisi tidak tersedianya software dalam melakukan analisis.
7. Metode DAM merupakan metode yang paling efektif di antara ketiga metode tersebut, karena metode tersebut merupakan yang paling cepat dan mendapatkan hasil yang relatif akurat saat kondisi konfigurasi struktur makin rumit dan semakin tidak regular.
8. Metode Advance Analysis merupakan metode yang paling cocok digunakan dalam investigasi guna menunjukan adanya reserve capacity dengan memperhitungkan kondisi elastis struktur.
Pada tahun 2015, Fendy Phiegiarto dkk melakukan penelitian yang bertajuk
“Perencanaan Elemen Struktur Baja Berdasarkan SNI 1729:2015”. Penelitian tersebut dilakukan guna mencari hasil perbandingan antara nilai stress ratio dari metode ELM yang terdapat pada SNI 1729:2002 terhadap metode DAM (Direct Analysis Method) yang terdapat pada SNI 1729:2015. Penelitian tersebut juga dimaksudkan untuk mencari perbedaan analisis yang terdapat dalam metode DAM (Direct Analysis Method) terhadap metode ELM (Effective Length Method).
Penelitian tersebut diaplikasikan pada struktur sederhana 2D secara LFRD (Load and Resistence Factor Design). Pada metode ELM yang terdapat dalam SNI 1729:2002 memerlukan perhitungan nilai P-delta yang digunakan untuk melakukan analisis orde pertama, yang selanjutnya perlu memperhitungkan analisis efek orde kedua menggunakanan nilai GA dan GB dari suatu komponen struktur pada rangka portal. Sementara metode DAM menggunakan nilai beban notional yang merupakan 0,002 kali beban gravitasinya dan tidak perlu memperhitungkan faktor k (k = 1). Pada penelitian ini dilakukan guna mencari nilai stress ratio pada tiap metode lalu setelahnya akan didapatkan nilai perbandingan antara dua metode tersebut.
Dari hasil penelitian ini didapatkan nilai stress ratio yang berbeda yaitu sebesar 0, 547 pada metode ELM dan sebesar 0,480 pada metode DAM.
Sementara perbandingan stress ratio dari kedua metode tersebut sebesar 6,7%.
Dari hasil tersebut maka dapat diketahui bahwa metode DAM menghasilkan nilai kapasitas profil yang lebih besar dibandingkan metode ELM, sehingga profil yang digunakan lebih hemat. Maka penelitian ini dapat menghasilkan kesimpulan bahwa:
1. Secara umum metode desain dalam SNI 1729:2002 berbeda dengan metode desain dalam SNI 1729:2015 terutama pada bagian desain komponen struktur untuk tekan, lentur, dan sambungan.
2. Nilai stress ratio dengan metode ELM lebih besar dibandingkan dengan metode DAM.
3. Perbedaan stress ratio antara metode ELM dengan metode DAM sebesar 6,7%.
Pada tahun 2019, Cut M. Rani dan kawan-kawan melakukan penelitian yang bertajuk “Studi Perbandingan Stress Ratio Pada Portal Baja Menggunakan Bracing Dengan Effective Length Method (ELM) dan Direct Analisys Method (DAM)”. Dalam peraturan SNI 1729:2015 terbaru yang mengacu kepada American Institute of Steel Contruction (AISC 2010) terdapat metode desain yang baru yaitu Direct Analisys Method (DAM) sebagai alternatif dari metode Effective Length Method (ELM) yang selama ini digunakan. Metode tersebut
8
direkomendasikan dalam perencanaan stabilitas struktur baja yang memperhitungkan efek orde kedua dengan bantuan perangkat lunak. Dalam studi ini akan difokuskan untuk membandingkan antara nilai stress ratio yang terdapat pada masing-masing elemen.
Penelitian ini dilakukan pada struktur gedung portal baja bertingkat dengan bracing. Pada portal bracing, balok dan kolom mendukung beban gravitasi yang disalurkan oleh sistem lantai dan atap yang bersinggungan, sedangkan sistem bresing vertikal mendukung beban lateral yang bekerja pada struktur (Cut M. Rani dkk, 2019).
Pada SNI 1729:2002 direkomendasikan penggunaan alignment chart guna mencari nilai faktor panjang efektif dengan mencari nilai GA dan GB terlebih dahulu kemudian langsung diplot ke nomogram sehingga menghasilkan garis yang memotong nilai k. Penggunaan beban notional pada AISC 2010 terhadap metode ELM diperbolehkan tetapi hanya pada kombinasi beban yang terdapat beban gravitasinya saja dan tidak pada kombinasi beban yang terdapat beban lateral di dalamnya. Sementara metode DAM menggunakan perhitungan beban notional guna memperhitungkan efek ketidaksempurnaan geometrinya.
Dari penelitian ini didapatkan nilai perbandingan stress ratio yang bervariasi antara 0,1 hingga 8,9 persen. Metode DAM memiliki nilai stress ratio yang relatif lebih kecil dengan nilai yang bervariasi dari 0,416 hingga 0,904 dibanding metode ELM yang memiliki nilai stress ratio relatif lebih besar dengan nilai antara 0,457 hingga 0,910. Maka dapat disimpulkan bahwa penelitian ini menghasilkan.
1. Nilai stress ratio metode DAM lebih kecil dibanding metode ELM.
2. Perbandingan stress ratio metode DAM terhadap metode ELM bervariasi antara 0,1-8,9 %.
3. Terdapat perbedaan momen pada metode DAM dengan metode ELM.
4. Metode DAM menghasilkan kapasitas profil yang lebih tinggi dan metodenya yang lebih efektif.
5. Metode DAM merupakan metode perencanaan stabilitas struktur yang lebih
sederhana dibandingkan dengan metode ELM.
2.2 Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan dan dijelaskan di atas, terdapat beberapa perbedaan terhadap studi yang nantinya akan dilaksnakan. Rangkuman dari beberapa penelitian-penelitian sebelumnya dan juga perbandingannya terhadap studi yang akan dilaksanakan nanti terdapat pada tabel 2.1 di bawah ini.
Tabel 2. 1 Rangkuman Penelitian-Penelitian Sebelumnya dan Perbandingannya dengan Penelitian yang Akan Dilaksanakan
Peneliti Fayang Setiady, Dyah Kusumastuti, Ediansjah (2012)
Fendy Phiegiarto, Julio Esra Tjanniadi, Hasan Santoso, Ima Muljati (2015)
Cut M. Rani, Muttaqin, Teuku Budi Aulia (2019)
Ganang Rais Sarjuna (2022)
Judul Evaluasi Penggunaan Metode SNI- 2002 dan Direct Analysis Method dengan Advanced Analysis dalam Analisis Efek Orde Kedua
Perencanaan Elemen Struktur Baja Berdasarkan SNI 1729:2015
Studi Perbandingan Stress Ratio Pada Portal Baja Menggunakan Bracing Dengan Effective Length Method (ELM) dan Direct Analisys Method (DAM)
Evaluasi Kekuatan Tekan Struktur Rangka Atap Baja Kelangsingan Tinggi Dengan Plat Buhul Dan Variasi Baut Tunggal
Menggunakan Metode Analisis Langsung Terhadap Pengujian Laboratorium Yang Dianalisis Menggunakan Metode Panjang Efektif.
Tujuan Mengetahui hasil perbandingan nilai stress ratio dan untuk mengetahui metode mana yang efektif digunakan untuk perencanaan dan investigasi struktur eksisting
Membandingkan hasil stress ratio pada perencanaan Effective Length Method dengan Direct Analysis Method sehingga dapat dipilih metode yang lebih efektif dan efisien khususnya pas struktur 2 dimensi.
Membandingkan hasil stress ratio pada perencanaan Effective Length Method dengan Direct Analysis Method sehingga dapat dipilih metode yang lebih efektif dan efisien khususnya pas struktur portal yang menggunakan bracing.
Mencari nilai perbandingan antara pengujian laboratorium terhadap analisis menggunakan metode analisis langsung pada SNI 1729-2020 dalam perencanaan struktur rangka atap baja profil kotak dengan batang tekan kelangsingan tinggi.
Parameter Effective Length Method, Direct Analysis Method, Advanced Analysis, Stress ratio.
Effective Length Method, Direct Analysis Method, Stress ratio, Load and Resistence Factor Design.
Effective Length Method, Direct Analysis Method, Stress ratio.
Metode analisis Langsung, ratio kelangsingan tinggi.
10
Lanjutan Tabel 2. 1 Rangkuman Penelitian-Penelitian Sebelumnya dan Perbandingannya dengan Penelitian yang Akan Dilaksanakan
Peneliti Fayang Setiady, Dyah Kusumastuti, Ediansjah (2012)
Fendy Phiegiarto, Julio Esra Tjanniadi, Hasan Santoso, Ima Muljati (2015)
Cut M. Rani, Muttaqin, Teuku Budi Aulia (2019)
Ganang Rais Sarjuna (2022)
Metode Benda uji penelitian ini adalah rangka bangunan workshop yang meliputi bermacam-macam profil balok dan kolom WF dengan 4 macam kondisi yaitu struktur portal sederhana, struktur regular dengan konfigurasi struktur simetri, struktur irregular kondisi ketidakberaturan vertikal, dan struktur irregular kondisi ketidakberaturan horizontal.
Benda uji tersebut kemudia didesain dan dianalisis menggunakan software SAP2000 dengan metode ELM dan metode DAM, dan software NIDA dengan metode Advance Analysis. Dalam mendesain benda uji di SAP2000 pada tiap kondisi diberikan konfigurasi yang berbeda-beda dan kemudian dibandingkan dengan ketiga metode tersebut.
Benda uji menggunakan balok dengan profil WF 400.200.8.13 dan kolom dengan profil WF 450.200.9.14. Pengujian ini dilakukan dengan aplikasi SAP2000 dengan mendesain struktur 2 dimensi dengan konfigurasi beban Load and Resistence Factor Design. Pada analisis dilakukan pembebanan sesuai dengan standar SNI 1729:2015. Untuk Direct Analysis Method dimasukkan beban ultimit vertikal, beban ultimit horizontal serta beban notional, sedangkan utuk Effective Length Method dimasukkan beban mati, beban hidup dan beban angin.
Perbandingan nilai stress ratio dalam perhitungan penelitian ini dilakukan pada struktur portal 8 lantai dengan braced frame dan mutu baja yang digunakan adalah BJ41.
Permodelan Strukturnya menggunakan ETABS untuk metode ELM dan DAM. Analisis struktur untuk metode ELM dan DAM dengan meng-input kombinasi beban berupa beban mati, beban hidup, dan beban angin serta beban gempa sesuai SNI 1726:2012.
Penelitian ini dilakukan melalui studi eksperimen di laboratorium untuk membandingkan kekuatan struktur rangka atap baja yang dianalisis menggunakan Direct Analysis Method (SNI 1729-2020) melalui aplikasi SAP2000 terhadap hasil pengujian laboratorium. Sampel uji dalam penelitian ini berupa struktur rangka atap baja hollow square section dengan kelangsingan (KL/r) batang tekan yang tinggi dengan variasi baut tunggal.
Pengujian yang dilakukan berupa pengujian kuat tekan struktu rangka atap baja. Setelah pengujian dilakukan, maka data hasil pengujian dianalisis dan dibandingkan antara hasil analisis dengan metode Direct Analysis Method (SNI 1729-2020) terhadap hasil eksperimen di laboratorium. Sehingga kemudian dapat ditarik kesimpulan berupa perbandingan nilai akurasi kuat tekan struktur rangka atap baja yang dianalisis menggunakan Direct Analysis Method berdasarkan SNI 1729:2020 dan perbandingan antara pengaruh jumlah baut sambungan terhadap nilai akurasi dari hasil analisis menggunakan Direct Analysis Method SNI 1729:2020 dengan hasil studi eksperimen di laboratorium.
Lanjutan Tabel 2. 2 Rangkuman Penelitian-Penelitian Sebelumnya dan Perbandingannya dengan Penelitian yang Akan Dilaksanakan
Peneliti Fayang Setiady, Dyah Kusumastuti, Ediansjah (2012)
Fendy Phiegiarto, Julio Esra Tjanniadi, Hasan Santoso, Ima Muljati (2015)
Cut M. Rani, Muttaqin, Teuku Budi Aulia (2019)
Ganang Rais Sarjuna (2022)
Hasil Nilai stress ratio yang dihasilkan terhadap struktur irregular baik dalam kondisi ketidakberaturan vertikal dan horizontal memiliki nilai yang berbeda, Nilai stress ratio balok terkecil terhadap struktur irregular didapatkan pada metode SNI-2002, Nilai stress ratio kolom terbesar terhadap struktur irregular didapatkan pada metode SNI-2002 sementara nilai stress ratio terkecil dihasilkan oleh metode Advance Analysis, Metode SNI-2002 dan metode DAM merupakan metode dengan fungsi desain, sementara metode Advance Analysis lebih cocok digunakan dalam investigasi kondisi struktur eksisting, Metode SNI-2002 akan sangat berguna dalam kondisi tidak tersedianya software dalam melakukan analisis, Metode DAM merupakan metode yang paling efektif di antara ketiga metode tersebut, karena metode tersebut merupakan yang paling cepat dan mendapatkan hasil yang relatif akurat saat kondisi konfigurasi struktur makin rumit dan semakin tidak regular.
Metode Advance Analysis merupakan metode yang paling cocok digunakan dalam investigasi guna menunjukan adanya reserve capacity dengan memperhitungkan kondisi elastis struktur.
Dari hasil penelitian ini didapatkan nilai stress ratio yang berbeda yaitu sebesar 0, 547 pada metode ELM dan sebesar 0,480 pada metode DAM. Sementara perbandingan stress ratio dari kedua metode tersebut sebesar 6,7%. Dimana dari hasil tersebut maka dapat diketahui bahwa metode DAM menghasilkan nilai kapasitas profil yang lebih besar dibandingkan metode ELM, sehingga profil yang digunakan lebih hemat. Serta secara umum metode desain dalam SNI 1729:2002 berbeda dengan metode desain dalam SNI 1729:2015 terutama pada bagian desain komponen struktur untuk tekan, lentur, dan sambungan.
Dari penelitian ini didapatkan nilai perbandingan stress ratio yang bervariasi antara 0,1 hingga 8,9 persen. Metode DAM memiliki nilai stress ratio yang relatif lebih kecil dengan nilai yang bervariasi dari 0,416 hingga 0,904 dibanding metode ELM yang memiliki nilai stress ratio relative lebih besar dengan nilai antara 0,457 hingga 0,910.
Metode DAM menghasilkan kapasitas profil yang lebih tinggi dan metodenya yang lebih efektif serta merupakan metode perencanaan stabilitas struktur yang lebih sederhana dibandingkan dengan metode ELM.
12
BAB III
LANDASAN TEORI
3.1 Struktur Atap
Struktur atap merupakan komponen penting dalam suatu bangunan yang berfungsi sebagai penopang beban dari atap yang selanjutnya akan disalurkan ke bagian-bagian struktur lain yang terletak di bawahnya.
Struktur atap sendiri terbagi menjadi 2 bagian yaitu berupa rangka atap dan penopang rangka atap. Berdasar pembagian tersebut, maka kita pun mengenal istilah kuda-kuda, gording, kaso dan juga reng. Gording, kaso dan reng berfungsi sebagai pembentuk rangka atap tersebut dan nantinya akan menyalurkan beban-beban yang terjadi ke struktur lainnya yang terletak di bawahnya. Sementara kuda-kuda, berfungsi sebagai penopang rangka atap yang berguna sebagai penerima dan penahan beban dari rangka atap yang nantinya akan disalurkan ke struktur yang terletak di bawahnya.
Sistem struktur atap sendiri memiliki beberapa prinsip. Berikut merupakan prinsip-prinsip yang terdapat pada struktur rangka atap:
1. Rangka atap selalu berbentuk segitiga atau kombinasinya.
2. Batang dianggap lurus dan hanya dapat menerima beban aksial berupa gaya tarik maupun gaya tekan, dimana gaya batang yang terjadi hanya bekerja di sepanjang sumbu.
3. Joint pada rangka atap menghubungkan tiap batang yang dianggap sebagai sendi, sehingga tidak ada momen yang terjadi pada joint.
4. Beban yang terjadi hanya bekerja pada joint.
Beban aksial yang diterima oleh struktur rangka nantinya akan diterima oleh 2 jenis batang yaitu batang tarik dan batang tekan.
3.1.1 Rangka atap
Rangka atap difungsikan sebagai penahan beban dari bagian penutup atap karena itu pada umumnya rangka atap terdiri dari beberapa susunan baja atau kayu yang disusun secara tegak lurus dan memanjang. Terdapat
satu istilah yang dikenal sebagai pengaruh eksentrisitas pada struktur rangka atap, hal tersebut merupakan suatu kondisi dimana tiap batang sambungan saling over-lapping satu sama lain, sehingga sumbunya tidak segaris (Dewobroto 2006). Akibat adanya eksentrisitas yang terjadi, batang baut akan mengalami gaya geser yang ditimbulkan oleh momen sebidang yang dihasilkan dari eksentrisitas tersebut, sementara gaya tekan akan terjadi pada tepi lubang, hal tersebut diakibatkan karena terdapat kontak tumpu dari batang baut.
Secara umum komponen penyusun rangka atap dapat dibagi menjadi 3 bagian utama berupa penutup atap, gording, dan rangka kuda-kuda. Rangka atap juga terdiri dari beberapa komponen lain yang dapat dilihat pada
Gambar 3.1 sebagai berikut.
Gambar 3. 1 Komponen Penyusun Rangka Atap
3.2 Baja
Baja merupakan logam murni yang terdiri dari unsur campuran berupa Ferro (Besi) serta sedikit zat arang(C), Silisium (Si), Mangan (Mn), Phospor (P), Belerang (S), dan lain-lain. Baja merupakan suatu bahan yang unik karena memiliki keteguhan yang keras serta ke-liatanya, titik leleh baja sebesar 1460°C - 1520° C, sementara berat jenisnya sebesar 7850 kg/m3 dengan angka pemuaiannya yang mencapai angka 0,000012 setiap 1° C
14
(Daryanto, 1998). Baja memiliki beberapa kelebihan di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Memiliki kekuatan yang cukup tinggi
2. Ukuran batang relatif kecil jika dibanding dengan bahan konstruksi yang lain
3. Sangat baik digunakan untuk bentang berukuran panjang 4. Mudah dibongkar dan juga cenderung ringan
5. Pengangkutan elemen struktur mudah dikerjakan.
Jika baja memiliki kelebihan maka bahan konstruksi tersebut pun memiliki kekurangan, berikut beberapa kekurangan baja seperti di bawah ini:
1. Ukuran penampang yang relatif kecil, sehingga angka kelangsingannya tergolong besar dan dapat mengakibatkan bahaya pada tekuk
2. Kurang tahan terhadap suhu tinggi
3. Pemeliharannya harus konsisten, dan memerlukan biaya perawatan yang besar.
3.2.1 Sifat mekanik baja
Sifat mekanik baja merupakan kemampuan baja dalam menahan serta melawan apabila diberikan pembebanan tertentu. Dengan kekuatan tarik yang terbilang tinggi maka sifat mekanik baja mampu didapatkan melalui pengujian tarik baja. Pengujian tersebut akan menghasilkan nilai tegangan dan regangan yang dapat dihitung menggunakan rumus tertentu.
Tegangan merupakan besarnya gaya yang bekerja di setiap satuan luas penampang tersebut. Tegangan dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 3.1.
(3.1)
Keterangan
= Tegangan (Mpa) P = Beban/Gaya aksial (N)
A = Luas penampang (mm²)
Regangan merupakan perubahan ukuran pada benda yang diakibatkan oleh adanya perbandingan nilai antara gaya dalam keseimbangan terhadap ukuran semula. Regangan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 3.2.
(3.2)
Keterangan:
= regangan
= Pertambahan panjang (mm) L = Panjang akhir (mm)
= Panjang awal (mm)
Hubungan tegangan-regangan dapat diketahui melalui diagram tegangan dan regangan. Diagram tersebut memberikan informasi terkait sifat dan perilaku dari suatu bahan konstruksi. Diagram hubungan tegangan- regangan dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut.
Gambar 3. 2 Diagram Hubungan Tegangan-Regangan Baja (sumber : Joshi, 2018)
Berdasarkan diagram tersebut hubungan tegangan-regangan baja berawal dari titik 0 kemudian diteruskan dengan garis lurus menuju titik A.
Garis tersebut merupakan daerah proposional dimana terjadinya
16
penambahan nilai tegangan baja yang diikuti oleh penambahan regangan bajanya secara proporsional dan linear. Titik A merupakan batas proporsional baja dimana pada kondisi ini terdapat tegangan maksimum dan tidak memberikan perubahan bentuk apabila diberikan pembebanan. Dari Titik O sampai dengan titik A merupakan batas elastis baja yang merupakan daerah dimana baja akan kembali ke bentuk semula apabila tegangannya dihilangkan. Apabila nilai tegangan yang diberikan terus meningkat sampai melewati batas elastisnya, maka nilai regangannya akan ikut meningkat secara lebih cepat pada setiap pertambahan tegangan yang diberikan serta baja tidak akan kembali ke bentuk awalnya. Deformasi akan terus terjadi meskipun tidak dilakukan penambahan beban karena titik A di sini sebagai batas. Selanjutnya kurva tersebut akan mengalami kemiringan yang berangsur-angsur semakin kecil hingga mencapai titik B.
Sementara pada titik B hingga titik C kurva akan membentuk garis horizontal yang relatif panjang. Garis horizontal tersebut menunjukkan bahwa daerah ini terdapat nilai regangan yang relatif panjang serta tidak mengalami kenaikkan gaya tarik. Titik B merupakan titik luluh, maka daerah B-C merupakan daerah luluh atau daerah plastis sempurna dimana deformasi akan terus terjadi meskipun tidak terdapat kenaikkan beban. Nilai tegangan yang mengakibatkan baja dalam kondisi luluh dinamakan tegangan luluh (yield stress).
Akibat adanya pertambahan nilai regangan yang cukup panjang di daerah B-C, baja selanjutnya akan mengalami kondisi pengerasan regang (strain hardening). Pada kondisi ini baja membutuhkan kenaikkan beban tarik, sehinga nantinya akan membentuk kurva dengan nilai kemiringan positif yang dimulai dari titik C hingga mencapai titik maksimumnya di titik D. Pada titik D akan muncul nilai tegangan ultimit dimana tegangan tersebut merupakan nilai tegangan maksimum yang mampu ditanggung oleh baja.
Kondisi patah akan terjadi pada titik E dimana setelah baja mencapai titik maksimumnya di titik D baja akan mengalami penciutan atau proses necking
dimana nilai tegangan akan menurun secara perlahan sampai pada kondisi patah (fracture).
3.3 Batang Tekan
Batang tekan terdapat pada komponen struktur yang memikul beban tekan sentris yang bekerja tepat pada titik berat penampang, atau kolom dengan gaya aksial saja. Anggapan tersebut bisa terbilang ideal, karena pada umumnya pasti akan terdapat eksentrisitas oleh ketidak-lurusan batang, maupun oleh ketidak-tepatan pembebanan, serta adanya momen yang disebabkan oleh kekangan dari tumpuannya. Namun apabila besaran momen relatif kecil maka dapat diabaikan, dan dapat digunakan prosedur desain berikut. Batang tekan biasanya ditempatkan pada konfigurasi geometri dengan pola bentuk segitiga supaya tetap stabil. Jenis struktur yang secara keseluruhan terbentuk dalam pola segitiga biasanya disebut struktur truss atau rangka batang.
Menurut Padosbajayo (1992) batang tekan bisa didefinisikan sebagai batang struktural yang menerima gaya tekan aksial. Pada struktur gedung, batang tekan sering dijumpai sebagai kolom, sedangkan pada struktur rangka batang dapat berupa batang tepi, batang diagonal, batang vertikal dan batang-batang pengekang (bracing).
Menurut Salmon Johnson (1992), masalah yang paling penting diperhatikan dalam perencanaan batang tekan adalah masalah stabilitas, karena elemen struktur tekan sangat peka terhadap faktor-faktor yang dapat menimbulkan peralihan lateral atau tekuk. Dalarn praktek, tekuk diartikan sebagai batas antara lendutan stabil dan tak stabil pada suatu batang tekan.
Keruntuhan batang tekan dapat diklasifikasikan menjadi 2 kategori, yaitu :
1. Keruntuhan yang terjadi akibat dari nilai tegangan lelehnya sudah terlampaui. Hal tersebut dapat terjadi pada batang tekan yang pendek (stocky column) dan penarnpangnya kompak. Penarnpang kompak merupakan penampang yang memiliki rasio kelangsingan atau rasio
18
lebar terhadap tebal (bit) yang kecil sehingga penampang tersebut tidak mengalarni tekuk setempat (local buckling).
2. Keruntuhan akibat tekuk (buckling). Hal semacam ini teIjadi pada batang tekan yang langsing (slender column). Kegagalan tekuk dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu tekuk local dan tekuk total (overall buckling); Tekuk total (overall buckling), batang tekan mengalarni tekuk total bila penarnpang batang kompak dan langsing (KL/r besar).
Tekuk lokal (local buckling), batang yang mengalarni tekuk lokal memiliki penampang yang tidak. kompak dan elemen penarnpangnya langsing (rasio bit besar).(Kusuma, 1983).
3.3.1 Kelangsingan
Batang tekan yang berukuran pendek tidak akan mengalami tekuk, apabila diberikan beban aksial tekan tanpa eksentrisitas, tegangan bertambah dan mampu mencapai kondisi leleh. Perilakunya sama seperti batang tarik, besar kekuatannya tergantung dari luas penampangnya, namun bentuknya tidak mempengaruhi apapun. Hal tersebut berbeda dengan batang tekan yang langsing, apabila diberi pembebanan dengan beban yang sama, sebelum kondisi leleh bisa terjadi tekuk, yang ditandai oleh adanya perpindahan lateral, seperti efek lentur balok yang besar pada kondisi konstan.
Nilai kelangsingan suatu kolom dapat dinyatakan melalui suatu rasio yang disebut rasio kelangsingan. Rasio kelangsingan dapat ditulis sebagai berikut:
λ = (3.3)
r = (3.4)
Keterangan:
λ = rasio kelangsingan
K = faktor panjang efektif komponen struktur tekan L = panjang struktur tekan yang tidak ditopang (mm)
r = jari-jari putaran (radius of gyration) potongan lintang komponen struktur tekan. (mm)
I = momen inersia penampang struktur tekan (mm4) A = luas penampang struktur tekan (mm2)
Besaran KL/r dibatasi pada angka 200 untuk elemen struktur tekan.
Harga KL/r yang memisahkan tekuk elastis (perilaku kolom panjang) dari tekuk inelastis (perilaku kolom pendek) ditentukan secara sembarang sebagai harga dimana tegangan tekuk Euler (fe) sama dengan Fy / 2. Harga KL/r ini disebut Cc dapat dilihat pada gambar 3.3 ditentukan sebagai berikut:
Cc = =
(3.5)
Keterangan:
Cc = batas tekuk elastis E = modulus elastisitas (MPa) Fy = tegangan leleh (MPa)
20
Gambar 3. 3 Kurva Tegangan Tekan Aksial dengan Nilai KL/r
3.3.2 Keruntuhan akibat tegangan leleh terlampaui
Batang tekan yang pendek dan mempunyai rasio kelangsingan atau rasio lebar terhadap tebal (b/t) kecil dapat dibebani sarnpai bahan meleleh atau bahkan mungkin hingga mencapai daerah pengerasan regangan (Strain Hardening). Pada kondisi ini tegangan kritis (Fcr) lebih besar dari tegangan leleh (Fy ), sehingga tegangan tegangan kritis (Fcr) yang digunakan sarna dengan tegangan leleh (Fy). Pada umumnya keruntuhan akibat tegangan leleh terlarnpaui dijumpai pada jenis batang dengan karakteristik tersebut.
Salah satu faktor yang berpengaruh dalam kegagalan ini adalah luas penampang dari batang tekan tersebut (Charles G. Salmon dan Johnson, 1992). Semakin besar nilai luas penampang melintang batang maka besaran kapasitas tekannya akan semakin tinggi, sehingga resiko keruntuhan dapat diminimalisir dan sebaliknya. Berdasarkan SNI 1729-2015 nilai kuat tekan dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut:
(3.6)
Keterangan:
Tekuk inelastis
Tekuk elastis
Tegangan Tekan Aksial
KL/r 200
0
Pn = Kuat tekan (kN)
Fcr = Tegangan aksial kritis (MPa) Ag = luas penampang gross (mm2)
3.3.3 Klasifikasi penampang dan tekuk
Berdasarkan tempat kejadian dan solusi penyelesaiannya, maka perilaku tekuk dapat dibagi menjadi 2, yaitu tekuk lokal dan tekuk global.
Solusi penyelesaian masalah akibat adanya tekuk lokal lebih kompleks dibandingkan tekuk global, yang terakhir ini sudah dirumuskan oleh Euler (1757), dan dapat dijadikan pengetahuan dasar dalam perancangan kolom untuk berbagai design-code di dunia. Apabila terjadi tekuk lokal, selain penyelesaiannya yang terbilang rumit, pemakaian penampangnya akan tidak efisien karena terjadi pada kondisi beban elastis (belum leleh).
Agar kekuatan strukturnya bisa optimal, maka resiko tekuk lokal harus dihindari. Maka dari itu perlu dibuat klasifikasi sesuai jenis penampangnya, yaitu tidak langsing dan langsing. Hal tersebut dilakukan melalui evaluasi nilai rasio lebar-tebal (b/t) dari setiap elemen pada penampang. Elemen- elemen tersebut dibagi berdasarkan kondisi kekangannya, apakah kedua sisinya tersambung ke elemen lain; atau masih ada sisi yang bebas. Nilai b/t setiap elemen profil penampang selanjutnya dibandingkan dengan nilai batas rasio bit dari Tabel 3.1.
Masing-masing elemen penampang perlu ditinjau, jika semua elemen tidak melebihi nilai batas rasio b/t di Tabel 3.1, maka penampang diklasifikasikan sebagai penampang tidak langsing (ideal) begitupun sebaliknya.
22
Tabel 3. 1 Klasifikasi Elemen Pada Batang Tekan Aksial
(Sumber: AISC 2010)
Tabel 3.1 mengklasifikasikan profil penampang batang menjadi tidak langsing dan langsing. Struktur akan efisien jika penampangnya tidak langsing, karena tidak ada resiko tekuk lokal yang terjadi pada struktur
tersebut. Solusi penyelesaian AISC (2010) untuk batang tekan dengan klasifikasi langsing, juga sekadar memberikan faktor reduksi, sehingga beban kritis yang terjadi terhadap tekuk lokal tidak tercapai terlebih dahulu.
Jadi pada dasarnya strategi perencanaan batang tekan AISC (2010) adalah berdasarkan pada kondisi tekuk global.
Pada keruntuhan akibat tekuk global dapat terjadi dalam keadaan elastis maupun inelastis.
1. Tekuk Elastis
Tekuk elastis terjadi pada kolom langsing. Kolom langsing adalah kolom yang memiliki kelangsingan lebih besar dari kelangsingan batas.
Pada keruntuhan akibat tekuk elastis, tegangan yang terjadi pada seluruh penampang masih dalam keadaan elastis, sehingga biasa disebut tekuk elastis. (Padosbajayo, 1992).
Menurut persamaan Euler yang dikemukakan oleh Charles G. Salmon dan Johnson (1992), beban kritis batang tekan diturunkan dari persamaan sebuah batang lurus yang semua seratnya tetap elastis sehingga batang tersebut tidak mampu lagi menahan penambahan beban, batang tersebut memiliki dukungan sederhana pada ujung-ujungnya dan diberi gaya aksial tekan sentris.
Kuat tekan kolom langsing diurai secara matematis oleh Euler. Pada sebuah batang lurus yang ujung-ujungnya bertumpuan sendi dikerjakan sebuah gaya tekan P, akibatnya batang akan melengkung seperti pada gambar 3.4 berikut.
24
Gambar 3. 4 Batang Tertekan
Di satu titik dengan jarak sebesar x, Momen lentur Mx yang bekerja terhadap sumbu x pada batang yang sedikit melengkung (batang tertekan) sebesar:
Mx = P×Y (3.7)
Dalam keadaan kolom elastis dan deformasi yang terjadi kecil, hubungan momen (M), kelengkungan dan faktor kekakuan (EI) adalah
(3.8)
Persamaan diferensialnya menjadi
(3.9)
Penyelesaian persamaan menghasilkan beban tekuk Euler (Euler buckling load), yaitu
(3.10)
L
Bila persamaan (3.11) dibagi dengan luas penampang batang A, maka
(3.11)
Dimana I merupakan inersia bahan, I = Ai atau i = I I A, maka diperoleh tegangan tekan kritis Euler seperti terlihat pada Persamaan (3.12) berikut:
(3.12)
Keterangan:
E = modulus elastisitas baja (MPa) r = jari-jari inersia minimum (mm) L = panjang tekuk (mm)
Mengacu kepada persamaan di atas, terlihat bahwa besaran kekuatan batang tekan berbanding terbalik dengan nilai kuadrat kelangsingan-nya (KL/r). Semakin besar nilai kelangsingan elemen tekan-nya maka nilai tegangan kritisnya akan semakin kecil, sehingga nilai beban yang dapat mengakibatkan elemen tekan mengalami tekuk akan semakin kecil.
2. Tekuk Inelastis
Struktur kolom umumnya mengalami tekuk dalam keadaan sebagian penampangnya elastis dan bagian lain-nya lagi tidak elastis. Kondisi tekuk batang pada keadaan tersebut dinamakan tekuk tidak elastis (inelastic buckling). Banyak teori tekuk inelastis, salah satu diantaranya adalah Tangen modulus theory yang diperkenalkan oleh Engesser (Charles G.
Salmon dan Johnson, 1992). Berdasarkan teori tersebut, nilai tegangan kritis kolom dinyatakan melalui persamaan 3.13 berikut.
(3.13)
26
Et merupakan nilai modulus tangent yang besarannya selalu berubah- ubah dan nilainya lebih kecil dibanding modulus elastis. Karena Et < E, maka tegangan kritis yang didapatkan melalui persamaan tersebut selalu lebih kecil dibanding persamaan yang lain, dimana persamaan tersebut menginformasikan bahwa nilai tegangan kritis batang tekan berbanding terbalik dengan kuadrat kelangsingannya, serta semakin langsing suatu batang maka nilai tegangan kritisnya akan semakin kecil. Persamaan di atas berlaku pada batang tekan yang elemen-elemen penampangnya tidak mengalami tekuk lokal.
3.4 Direct Analysis Method
Analisis stabilitas stabilitas baja umumnya diperlukan terhadap perencanaan struktur baja yang umumnya pada kondisi langsing. Hal tersebut akan mengakibatkan perencanaan struktur baja dipengaruhi oleh dau faktor yaitu faktor imperfection (non-linear geometric) serta faktor kondisi inelastis (non-linear material). Karena keadaan non-linear tersebut, maka analisisnya harus dilaksanakan secara incremental dan iterasi. Dengan dukungan teknologi komputer yang semakin canggih serta mampu dijangkau banyak kalangan, analisis non-linier sudah tidak menjadi kendala lagi. Bermacam jenis analisis berbasis komputer mulai dikembangkan seperti analisis tekuk elastis, analisis elastis orde ke-2, analisis plastis, analisis elastis-plastis, serta analisis inelastis orde ke-2, yang dikenal dengan Advance Analysis. Pada analisis struktur di zaman modern, bermacam jenis analisis tersebut pada umumnya sudah tersedia dan dapat digunakan sebagai opsi.
Semakin canggih jenis analisisnya maka semakin banyak data yang diperlukan, sehingga hal tersebut membutuhkan pemahaman atau kompetensi tertentu agar menghasilkan analisis yang efektif. Apabila menggunakan Advance Analysis maka hasilnya pun akan mencukupi dalam analisis stabilitas struktur baja. Namun, apabila digunakan dalam perencanaan struktur baja secara konvensional yang bukan merupakan riset,
maka hal itu tidak diperlukan karena tidak praktis dan kurang efektif. Hal tersebut dikarenakan adanya pertimbangan dari segi bisnis dimana dalam kondisi seperti itu tidak memerlukan kerja yang banyak untuk menghasilkan keuntungan yang banyak pula.
Direct Analysis Method (DAM) diciptakan untuk mengatasi keterbatasan yang terdapat pada Effective Length Method (ELM) dimana metode tersebut merupakan strategi penyederhanaan analisis yang dilakukan secara manual (Wiryanto, 2015). Tingkat akurasi DAM mampu diandalkan karena metode tersebut sudah berbasis komputer, dan terdapat beberapa persyaratan program analisis struktur yang digunakan, seperti :
1. Deformasi tiap komponen-komponen struktur serta sambungan-nya dapat diperhitungkan, dimana deformasi tersebut mempengaruhi deformasi strukturnya secara keseluruhan. Deformasi tiap komponen yang dimaksud berupa deformasi akibat lentur, aksial dan geser.
Menurut Dewobroto (2013),.persyaratan ini cukup mudah, dan hampir sebagian besar program komputer analisa struktur berbasis metode matriks kekakuan, apalagi metode elemen hingga yang merupakan algoritma dasar analisa struktur berbasis komputer dan sudah memperhitungkan pengaruh deformasi pada elemen formulasinya.
2. Pengaruh orde ke- 2 (P & P- ) perlu diperhitungkan dalam melakukan analisis gaya-gaya internal batangnya. Meskipun dalam beberapa kesempatan hasilnya masih bisa berbeda satu sama lain, secara umum program komersil mampu digunakan dalam pengerjaan analisis struktur orde ke-2. Oleh karena itu, verifikasi terhadap kemampuan program yang digunakan perlu dilakukan untuk mencari nilai error yang terjadi yang diakibatkan oleh kesalahan program.
Ketidak-sempurnaan tersebut biasanya diakibatkan oleh kemampuan program yang hanya dapat memperhitungkan pengaruh nilai P-Δ-nya saja, sementara nilai P-δ-nya tidak diperhitungkan. Sementara itu, definisi P-Δ sendiri merupakan besaran pengaruh beban yang bekerja akibat adanya perpindahan titik di tiap nodal elemen, sedangkan P-δ
28
merupakan besaran pengaruh beban akibat adanya deformasi yang terjadi di setiap elemen (diantara dua titik nodal), seperti yang terdapat pada Gambar 3.5 di bawah ini.
Gambar 3. 5 Pengaruh Orde ke-2 (sumber: AISC, 2010) 3.4.1 Pengaruh cacat bawaan (Initial Imperfection)
Ada asumsi bahwa setiap perhitungan gaya batang dihasilkan dari analisis struktur elastis orde ke-2, yang memenuhi kondisi seimbang setelah adanya pembebanan akibat dari deformasi. Hal tersebut lah yang melatarbelakangi adanya perhitungan stabilitas struktur modern. Efek destabilizing dapat terjadi karena adanya ketidak-sempurnaan dari elemen struktur, seperti ketidak-lurusan batang karena proses fabrikasi maupun adanya nilai toleransi dalam pelaksanaan lapangan. Sementara itu terdapat beban lateral yang bekerja di titik nodal pada setiap level tertentu. Hal tersebut didasari oleh nilai persentase beban vertikal yang bekerja di setiap level, dan diteruskan ke sistem struktur penahan beban gravitasi melalui rangka maupun kolom vertikal, atau dinding yang difungsikan sebagai
simulasi pengaruh adanya cacat bawaan (initial imperfection). Beban lateral yang bekerja dalam kondisi tersebut dikenal sebagai beban notional.
Beban notional harus diberikan bersamaan dengan beban lateral yang lain di seluruh kombinasi, kecuali dalam kasus khusus yang memenuhi kriteria pada Section 2.2b(4) (AISC, 2010). Besarnya beban notional yang bekerja dapat dihitung dengan persamaan yang terdapat pada AISC 2010 berikut ini.
Ni = 0.002 Yi (3.14)
Keterangan:
Ni = beban notional di level i (kN)
Yi = beban gravitasi di level i hasil beban kombinasi LRFD (kN)
Oleh karena itu, notional load diatur dan ditempatkan sedemikian rupa agar hasil akhir kombinasinya tidak menjadi lebih ringan. Hal tersebut dilakukan karena notional load merupakan beban yang diperlukan dalam permodelan ke-tidaksempurnaan.
3.4.2 Penyesuaian Kekakuan
Pelemahan kekuatan pada saat mendekati kondisi batas disebabkan karena, terdapat leleh setempat (partial yielding) yang terjadi akibat dari tegangan sisa di profil baja (hot rolled atau welded). Dalam kondisi tersebut, efek destabilizing pada akhirnya dapat terjadi seperti pada kondisi geometrical imperfection. Karena itu, penyesuaian struktur pada Direct Analysis Method (DAM) harus dilakukan dengan memperhitungkan faktor reduksi kekakuannya untuk mengatasi kondisi tersebut. Menurut Galambos (1998), nilainya dapat didapat melalui cara kalibrasi dengan membanding- kannya dengan analisa distribusi plastisitas maupun hasil uji tes empiris.
Persamaan modulus elastisitas setelah disesuaikan dengan nilai faktor reduksi kekakuan:
